新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置及设备

本发明属于固相增材制造，具体涉及一种新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置及设备。

背景技术：

1、目前的搅拌摩擦增材方案有流动摩擦增材制造装置、预置异质金属夹层的搅拌摩擦增材制造装置、短棒物料增材制造机构、组分可调同步送料的摩擦头增材装置、静轴肩空腔增材装置、消耗搅拌摩擦工具、施加冷却的增材装置、半固态增材装置(粉末、丝材)、使用搅拌摩擦增材制造搅拌头焊接叠加板材、颗粒式增材装置等。搅拌摩擦增材技术是通过填料(包括粉末、丝、条、板材等)使所填材料与基材融合从而进行增材制造的过程，将三维复杂形状构件制造为简单的二维平面形状的逐层往复叠加，避免了传统机械加工减材制造中存在的大量材料和能源浪费。同时该技术能大幅度缩短生产周期、降低生产成本和加工制造费用，有望实现制造业的产业变革，在重大国防武器装备的研发、生产与维护修复等方面具有巨大应用价值和广阔应用前景。此外，增材制造具有在复杂零件的成型制造以及缩短零件制造周期上的明显优势。

2、但是目前的搅拌摩擦增材装置，在实际生产过程中，制造成本高，且效率低。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置及设备，用以解决现有增材制造成本高，效率低的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，包括：

3、动轴肩，所述动轴肩至少包括用于与待增材的基材对应设置的第一端面，以及背离所述第一端面的第二端面，所述第二端面用于朝向待增材的基材表面；所述动轴肩的内部形成有通孔；

4、所述通孔包括进料孔和挤压孔，所述进料孔的一端与所述挤压孔的第一端连通，另一端设于所述动轴肩的所述第一端面上，所述挤压孔的第二端设于所述动轴肩的第二端面上；

5、其中，所述挤压孔的内部上形成有第一螺纹；

6、搅料针，所述搅料针安装在所述挤压孔内，所述搅料针的侧壁上设有与所述第一螺纹匹配的第二螺纹，所述第一螺纹与所述第二螺纹配合，将所述增材材料破碎。

7、根据本发明的一个实施例，所述搅料针的朝向所述基材的一端为出料端，所述出料端与所述第二端面处于同一水平面内。

8、根据本发明的一个实施例，所述进料孔形成漏斗结构，所述漏斗结构的宽口径的开口设于所述第一端面，窄口径与所述挤压孔的孔径尺寸相同。

9、根据本发明的一个实施例，新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述搅料针连接，用于驱动所述搅料针转动；

10、第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述动轴肩连接，用于驱动所述动轴肩转动，以使所述第一螺纹和所述第二螺纹对增材材料进行碎化。

11、根据本发明的一个实施例，新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述动轴肩、所述搅料针整体移动。

12、根据本发明的一个实施例，所述动轴肩的第二端面上设有第一凸起，所述第一凸起用于对基材的表面和破碎的材料均匀搅拌。

13、根据本发明的一个实施例，所述第一凸起至少设有四个，且至少四个所述第一凸起均匀分布在所述挤压孔的外周。

14、根据本发明的一个实施例，所述第一凸起形成半球形。

15、根据本发明的一个实施例，所述搅料针的出料端上设有第二凸起，用于对基材的表面和破碎的材料均匀搅拌。

16、第二方面，本发明还公开一种增材设备，包括第一方面实施例所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置。

17、本发明实施例的装置至少具有如下有益效果：

18、1)本发明实施例的增材装置，在已有的搅拌摩擦焊接设备的基础上，对轴肩和搅料针进行改造即可，容易制造实现。

19、2)增加一层材料后，可以通过第三驱动机构驱动整体上移，进行第二层材料的制造，可实现持续增材制造，避免重新装夹板材耗时的情况，提高了增材制造的效率。

20、3)通过进料孔可存储多种类型的增材材料，如丝材、圆柱状、粉末、碎屑、片材和条等材料，选材多样化、灵活可控，且填料较为便利。

21、4)动轴肩和搅料针都是转动的，当增材制造完成后，再进行下一次增材制造时，不需要清理残留在设备中的增材碎屑，且这些碎屑还可用于下一次的增材制造，可充分利用材料，防止浪费材料的现象出现。

22、5)动轴肩上设有四个对称的半圆形搅拌凸起，搅料针上设有一个搅拌凸起，搅拌形成搅拌区，增材材料不再局限于只向外圈扩散进行增材制造，增大了增材材料与基材的接触空间，扩宽了增材层的宽度。可使所增材料与基材充分结合，避免增材后制造件的内部材料分布不均匀的缺陷，提高增材制造成形质量。

技术特征：

1.一种新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述搅料针的朝向所述基材的一端为出料端，所述出料端与所述第二端面处于同一水平面内。

3.根据权利要求1所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述进料孔形成漏斗结构，所述漏斗结构的宽口径的开口设于所述第一端面，窄口径与所述挤压孔的孔径尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述搅料针连接，用于驱动所述搅料针转动；

5.根据权利要求4所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述动轴肩、所述搅料针整体移动。

6.根据权利要求1所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述动轴肩的第二端面上设有第一凸起，所述第一凸起用于对基材的表面和破碎的材料均匀搅拌。

7.根据权利要求6所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一凸起至少设有四个，且至少四个所述第一凸起均匀分布在所述挤压孔的外周。

8.根据权利要求6或7所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述第一凸起形成半球形。

9.根据权利要求2所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置，其特征在于，所述搅料针的出料端上设有第二凸起，用于对基材的表面和破碎的材料均匀搅拌。

10.一种增材设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置。

技术总结
本发明公开了一种新型动轴肩多材料搅拌摩擦增材装置及设备，装置包括：动轴肩，动轴肩至少包括第一端面，以及背离第一端面的第二端面，第二端面用于朝向待增材的基材表面；动轴肩的内部形成有通孔；通孔包括进料孔和挤压孔，进料孔的一端与挤压孔的第一端连通，另一端设于动轴肩的第一端面上，挤压孔的第二端设于动轴肩的第二端面上；其中，挤压孔的内部上形成有第一螺纹；搅料针，搅料针安装在挤压孔内，搅料针的侧壁上设有与第一螺纹匹配的第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹配合，将增材材料破碎。该装置，结构简单，可以以丝材为增材所用的材料，成本较低，提高了制造增材层的工作效率。

技术研发人员：张华,李会朝,王彩妹,盖晓东,赵月亮
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25